科普-中华学生百科全书-第280部分
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那么，激光“刀”是什么样的呢？尽管它的“刀刃”只是直径为 0．1 毫
米的一个小圆点，这把“刀”的刀体却相当大。二氧化碳激光“刀”一般来
说，高近 2 米，长近 2 米，宽不到 1 米。钇铝石榴石激光“刀”要小一点，
但也没有一点刀的样子。其实，它的主体是一台激光器，包括电源和控制台。
激光器是固定的，要使激光束能按医生的意图传到病人身上做手术的部位，
还须配置一套叫光转弯的导光系统。
导光系统是激光“刀”的重要部分，它必须轻巧、灵活，让医生得心应
手。二氧化碳激光“刀”，一般使用导光关节臂。它由好几节金属管子组成，
节与节之间成直角，可以转动，有一点像关节，光学反射镜就装在关节的地
方，激光束通过反射镜转弯。钇铝石榴石激光“刀”和氩离子激光“刀”除
了用导光关节以外，外面包上塑料套，再包上金属软管，比较柔软，可以自
由弯曲。光在光导纤维中传导和电在电线里传导相似。用光导纤维就比导光
关节臂灵活、轻巧得多了。
现在，凡是用手术刀做的手术，都能用激光“刀”来做。医生可以根据
对于手术的要求选择一种更合适的。相反，激光“刀”可以做一般手术刀无
法做的手术。有了光导纤维以后，激光就可以钻到人的肚子里为人治病，这
是手术刀甘拜下风的地方。医生把它和胃镜配合起来，送到病人胃里，如发
现胃溃疡出血，只要一开激光，立即能使出血点凝固止血，不用开膛破肚，
就可以治好病。除了治疗胃溃疡外，激光还可以进入食道、气管、腹腔，做
多种手术。1982 年，美国加州大学的一位科学家宣布了使用激光的一种新技
术：用激光来清除堵塞动脉的胆固醇脂肪沉淀物。激光就是通过极细的光学
纤维，进入血管的。
医学上的其他激光术
激光还和中国古老的针灸治疗结合起来，产生了激光针。这种激光针当
然不能用激光“刀”那样强的激光，否则就不是“扎针”，而是打洞了。光
针用的是小功率的氦氖激光器。它发出的红光通过一根细长的光纤照到病人
的穴位上，通过皮肤，透入穴位，没有一点针刺的痛感，所以，怕打针的小
朋友特别欢迎。光针治疗无痛、无菌，也无晕针现象。对某些疾病来说，它
跟银针具有相同的治疗作用。扎光针对软组织炎症、失眠、小孩遗尿等疾病
疗效相当高，还可治疗原发性高血压、支气管炎、哮喘等疾病。
激光在医学上的应用崭露头角，创造了不少奇迹，显示了它强大的生命
力。但是，人们对激光医学寄于最大希望的是用激光这种新式“武器”来对
付人类的大敌——癌症。
用激光“刀”做恶性肿瘤的切除手术，不仅可以做到边切开、边止血、
边消毒；而且可以使癌细胞受到激光的高强度照射后立即凝固、坏死，并化
为青烟，即所谓肿瘤汽化。这样，可以大大地减少癌细胞扩散转移的机会。
用激光“刀”治癌的研究正在积极开展，也取得一些临床试验结果，但是，
激光“刀”防止癌细胞扩散的效果还不够理想，对治癌的疗效还需要长期观
察。
近年来，科学家和医生通力使用，又发展了一种治疗癌症的新技术，称
为光敏技术。所谓光敏，就是给人体某一部分发生病变的机体注射一些特殊
的化学物质，使病变部分对光照敏感。经过光敏处理以后，再用光照使病变
部分产生水肿、坏死，达到治疗的目的。
这种特别的治病方法是偶然发现的：1903 年，有两位外国医生给一位患
皮肤癌的病人治疗。由于确定没有什么对症的药，而又为了从精神上安慰病
人，便在患处涂了一些叫伊红的染料，帮助消炎。几天以后，病人又来看病，
医生意外地发现癌肿有所缩小。经了解，病人没有用过其他药物，生活上也
一切正常，只是每天晒晒太阳。医生研究了这些情况后，认为是伊红染料和
阳光的作用，于是再进一步试验，发现了光敏现象。但是，用光敏技术治癌
的进展不大。原因是当时选用的光敏物质不能令人满意，也没有理想的光源。
1960 年，美国的利普逊研究成功一种称为 HPD 的光敏物质，光敏技术才
发展起来。这种物质和癌细胞格外亲近，碰到一起就抱成一团。把它注射到
人体内，两三天后，正常组织中的 HPD 排泄出去了，而癌肿组织内还大量存
在，用短波长的光一照，能发出荧光。这就为医生检查病人是否患癌症提供
了有力的诊断工具。更进一步，用橘红色光照射含有 HPD 的癌肿组织，HPD
发生化学反应，产生单原子氧，能使癌细胞组织坏死；而人体其他部分正常
的细胞组织中 HPD 已排出，不会受到破坏。
其他治疗方法，像放射线治疗、化学药物治疗，都会把正常细胞和癌细
胞一起杀死，敌我不分；而光敏技术却是有选择性地杀死癌细胞，这正是治
癌的主攻方向之一。
从 1976 年开始，光敏技术治癌采用激光光源。因为激光的波长单纯、功
率大，疗效大大提高。蓝紫色激光能使 HPD 产生荧光，用来诊断癌；橘红色
的激光以使 HPD 产生化学反应，用它来照射病变部位，可以达到治癌的目的。
科学家还想利用可以分别调出蓝紫色激光和橘红色激光的可调染料激光器，
把诊断和治疗结合在一起。
激光电脑的巨大潜力
电子计算机，是于本世纪 40 年代出生的。此后不久，科学家们便开始研
制光计算机。电子计算机是以电子输送信息，而光计算机是以光子输送信息。
激光器问世后，科学家们自然而然地想到使用光元素器件来制造光计算
机。可是，设计和进展缓慢，一直没有结果。于是，当时世界上的光学权威，
美国斯坦福大学的卓泽夫。古德曼教授认为，以最乐观的估计，光计算机的
诞生也要迟至 21 世纪。
1986 年，美国有名的贝尔实验室发明了用砷化镓制成的光学开关。当
然，这种开关不是我们日常使用的机械式扳动开关或揿钮式开关，这种开关
实质上是用光脉冲来控制仪器工作或休息的装置。
1990 年 1 月底，贝尔实验室向大家展示了一台用光脉冲来计算的实验装
置。尽管这台装置跟普通电子计算机中的简单程序处理器一样，但它的问世
毕竟说明光计算机的研究，已向前迈进了一大步。
电子计算机自诞生后，发展速度是非常快的。由于结构日趋复杂化和高
度集成化，于是出现了一系列难以克服的问题。
第一个问题是，尽管在电子元器件中传输的是很弱的电流，但随着元器
件的高度密集，不仅工作时产生的热量会急剧增加，而且相邻的元件也会彼
此干扰。
第二个问题是，电子计算机的元器件中，电子的运动速度约为每秒 60
千米。即便是在砷化镓器件中，电子的运动速度也不会超过每秒 500 千米。
也就是说，电子在导体中最快的运动速度也不及光子流运动速度的 10％，这
就大大限制了运算速度的提高。而且，当电子计算机的工作频率超过 100 兆
赫，或每秒转换（运算）1 亿次时，还会出现一些不正常的情况。
第三个问题是，由于计算机的结构和功能日趋复杂化，组成运算电路的
电子元件也日益增多。为了在有限的面积上容纳下更多的元件，人们早就将
许许多多元件密集起来，做成一个个小方块。这类方块就叫集成块，或叫集
成电路。每个集成块是通过身上的插脚，固定在位置上，并与整个电路相连
的。超大规模集成块的插脚数目是很多的，而且越来越多，目前最多的已有
300 只插脚。若于年后，也许会出现有上千个插脚的集成块，它们会占据很
大的地盘，以致腾不出足够的宅基来安排它们。
随着巨型计算机的出现，这些问题会日益严重。而要解决这些问题，只
有将综合功能性的计算机装置逐一分解成许多功能单一的装置，然后再用专
门的联接装置将它们一个个地连接起来，但这样一来，计算装置就会变得更
加复杂化。
如果用激光计算机，就不存在这些棘手的问题了。在光脑中，输送信息
的是光子，运动速度相当于光速度（每秒 30 万千米），要比电子运动速度快
得多。而且，光子携带和传递信息的能力也远远强于电子。
目前，美国、日本的不少公司都在不惜巨资研制激光计算机。预计在最
近 10 年内，将开发出超级光计算机，运算速度至少比现有的光计算机快 1000
倍。
以激光为基础的计算机能广泛地用来执行一些新任务，例如预测天气、
气候等一些复杂而多变的过程。再如，还可以应用在电话的传输上。因为电
话信号正在逐步由光导纤维中的激光束来传送，如果用光计算机来处理这些
信号，就不必再像现在这样，需要在电话局内将携带声音的光脉冲转变成电
脉冲，经电子计算机处理后再转换成光脉冲发送出去。即可以省掉光—电—
光的转换过程，直接将携带声音信号的光脉冲加以处理后发送出去，这样，
便大大提高了传送效率。
由于光计算机善于进行大量的运算，所以能高效地直接处理视觉形式、
声波形式，以及其他任何自然形式的信息。此外，它还是识别和合成语言、
图画和手势的理想工具。这样，光计算机就能以最自然的形式进行人机对话
和人机交流。
激光与照相——全息照片
所谓全息照相，就是将激光技术用于照相，在底片上记录下物体的全部
光信息，而不像普通照相仅仅是记录物体的某一面投影。因此当底片上的物
体重现时，在观看者的眼里显得异常逼真，它产生的视觉效应，完全与观看
实物时一模一样。
全息照相的原理，简单地说，主要利用了激光颜色纯这个特点。其实，
关于全息照相的理论早在 1947 年就由英国科学家伽波提出来。但直到亮度
高、颜色纯、相干性好的激光问世后，才真正拍摄出全息照相。
全息照相与立体照相是两回事。尽管立体彩色照片看上去色彩鲜艳、层
次分明，富有立体感，但它总归仍是单面图像，再好的立体照也代替不了真
实的实物。比如，一个正方形木块的立体照，不论我们怎样改变观察角度，
横看竖看，看到的只能是照片上的那个画面。但全息照就不同了，我们只要
改变一下观察角度，就可以看到这个正方块的六个方面。因为全息技术能将
物体的全部几何特征信息都记录在底片上，这也是全息照相最重要的一个特
点。
全息照相的第二个特点是能以一斑而知全貌。当全息照片被损坏，即使
是大半损坏的情况下，我们仍然可以从剩下的那一小半上看到这张全息照片
上原有物体的全貌。这对于普通照片来说就不行，即使是损失一只角，那只
角上的画面也就看不到了。
全息照的第三个特点是在一张全息底片上可以分层记录多幅全息照，而
且在它们显示画面时不会互相干扰。正是这种分层记录，使得全息照片能够
存储巨大的信息量。
全息照片为什么会有这样的一些特点？为什么普通照片没有这些特性
呢？这要从拍摄的原理谈起。
假如用一束激光照明一个微小颗粒。从小颗粒上反射出来的光波基本上
是不断向外扩大的球面波。我们向小颗粒看去，是明亮的一点。用照相机为
这小颗粒照相时，光波通过镜头在底片上形成一个亮点，这一点的亮度与小
颗粒反射出来的光强有关。照相底片可以记录下这一点的亮点，但记不下小
颗粒在三维空间的位置，印出来的照片上也只有一个亮点。看起来没有一点
立体感觉。拍摄全息照片时，不用照相镜头，而是把一束发出平面波的激光
和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上。整个底片都受到光照，它记
录下的不是个亮点，而是一组同心圆，当同心圆间隔很小时，看起来，就像
是用刀把一个圆萝卜切成一片片薄片，叠在一起，成为一组同心环那样。底
片经冲洗后，放到原来的位置，再用拍摄时那束发出平面波的激光，以拍摄
时的角度照到底片上，我们可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮
点。注意！这个亮点在空间，而不是在底片上，我们看到的光就像是从这个
亮点发出来的。所以，全息照片记录下来的不仅是一个亮点，还包含亮点的
空间位置，或者说记下从亮点发出的整个光波。�
